Haces moleculares supersónicos en expansiones adiabáticas

J. LENZI; J. D. FUHR; D. ETCHEPAREBORDA; P. FAINSTEIN; J. FIOL; D. FREGENAL; E. KAUL; P. KNOBLAUCH; A. LAMAGNA; P. MACEIRA; N. PACHAO; M. ZARCO; E. ZEMMA

Buenos Aires

Encuentro; 103a Reunión de la Asociación Física Argentina; 2018

Asociación Fı́sica Argentina

La descripción teórica de flujos de gases depende fuertemente del régimen de presiones y densidades involucradas. En el caso de gases a altas densidades el método más usual consiste en resolver las ecuaciones deNavier-Stokes, que son aplicables en un entorno de flujo continuo o número de Knudsen mayor a 10. En el caso de gases rarificados, son muy efectivos los métodos donde se describe la evolución temporal de cada partı́cula,como por ejemplo los métodos de Dinámica Molecular, los cuales presentan gran costo computacional.La resolución del problema de expansiones supersónicas en toberas presenta dificultades porque diferentes regiones del espacio se encuentran en diferentes regı́menes de densidad, presión y temperatura. Además, en lazona de expansión existen condiciones de no equilibrio termodinámico.El estudio teórico de haces en expansiones adiabáticas presenta fuertes limitaciones debido al gran poder de cómputo necesario para describir simultáneamente algunas zonas de gran compresión y otras de gases rarificados. Los métodos basados en el estudio individual de la evolución de cada partı́cula permiten obtener, especialmente, detalles sólo en una región muy restringida de espacio y tiempo.El método de Simulaciones Directas por Monte Carlo (DSMC) está basado en el estudio de un número relativamente pequeño de ?macro-partı́culas?, representativo del total que participan del proceso. El estudio de la evolución en el espacio de fases de estas macro-partı́culas permite derivar las caracterı́sticas del fenómeno de expansión y flujo del sistema completo. Además, es apto para representar interacciones y estados moleculares, reacciones quı́micas y difusión de especies. Permite generar simulaciones en condiciones de cómputo viables.En este trabajo presentamos resultados de simulaciones de DSMC describiendo el flujo de haces de gases nobles puros y de mezclas con moléculas en expansión desde distintos tipos de toberas. Presentaremos resultados preliminares de validación de las simulaciones, comparando cálculos en dos dimensiones y en tres dimensiones de procesos de expansión en toberas con simetrı́a cilı́ndrica. Además discutimos e interpretamos los resultados obtenidos, en comparación con modelos analı́ticos y resultados experimentales publicados y mediciones propias.